專利名稱：一種高強度高塑性變形鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鎂合金生產技術領域，尤其涉及一種高強度高塑性的變形鎂合金。
背景技術：
目前，鎂-鋅-鋯合金(如ZK60鎂合金)高強度變形材料較差的塑性使熱擠壓工藝條件很難控制。變形溫度太低，不能充分開動鎂基體所有的滑移系，并且合金第二相阻礙變形作用明顯，出現“擠不動”現象。因為鋅的熔點低，在合金組織中可以發現在枝晶臂間共晶成分偏析比較嚴重，因此變形溫度高過則使合金在熱加工時容易產生過熱和過燒，擠壓材表面質量差。以現有的ZK60鎂合金為例(組成成分及其重量百分比含量為Zn4.8～6.2％、Zr≥0.45％、其他雜質元素≤0.30％，余量為鎂)，其在擠壓態下室溫平均抗拉強度286MPa，屈服強度205MPa，斷后延伸率5.6％，其在150℃下的抗拉強度僅為170Mpa。

發明內容
本發明所要解決就是上述ZK60鎂合金存在的問題，提供一種高強度高塑性的變形鎂合金。
本發明各組分的重量百分比為Zn4.5～5.5％、Ce0.5～2.5％、Ti0.01～0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.01％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％、其他雜質元素≤0.05％，余量為Mg。
本發明采用的制備方法包括以下步驟1、將工業鎂錠、鋅錠預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中加底熔劑熔化，底熔劑的用量約占爐料質量的1.5～2.5％，同時撒入覆蓋劑，覆蓋劑的用量約占爐料質量的0.3～0.5％，整個熔化過程時間控制在2～6h，且鎂液最終溫度控制在670～690℃；2、熔化結束后，升溫至780～810℃，分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀和稀土元素鈰，全部熔化后，撈底攪拌3～5min，使合金均勻化，其中稀土元素鈰預熱至300～400℃；3、將合金液溫度調整至750～760℃吹氬氣精煉6～10min，同時加入精煉劑，精煉劑的用量約占爐料質量的1.5～2.5％；4、將合金液升溫至780～810℃靜置10～20min；5、降至690～710℃溫度條件下，并在保護氣氛下進行澆注，保護氣氛通常為SF6、CO2、SO2、干燥空氣混合氣體或混合氣體保護氣氛。
本發明采用的底熔劑、覆蓋劑、精煉劑必須選用少含或不含MgCl2的熔劑。
本發明通過加入金屬鈦和稀土元素鈰，其作用主要表現在以下方面1)添加金屬鈦，避免使用金屬鋯產生堆積相，從而消除擠壓制品表面的發黑現象，以便得到比較光亮的表面；2)添加稀土元素鈰，其晶粒內部幾乎全部為鎂，鋅和鈰以化合物的形式聚集在晶界上，可以有效的細化晶粒，從而提高合金的抗拉強度和伸長率；3)添加稀土元素鈰，鈰和鎂形成的耐熱相Mg12Ce，可以阻礙再結晶晶粒長大，從而擠壓后得到細小的動態再結晶晶粒，對于提高合金的抗拉強度和伸長率均是有益的；4)添加稀土元素鈰，合金擠壓過程中含有Ce和Zn的析出相粒子經破碎后沿著擠壓方向呈帶狀彌散分布，從而有效提高合金的強度特別是成品的表面質量；5)添加稀土元素鈰，合金斷口分布了大量韌窩，與ZK60合金相比較，韌窩深，且數量多，大小均勻，展示了更好的伸長率；6)添加稀土元素鈰，鈰和鎂形成的耐熱相Mg12Ce，一般以條狀分布在晶界上或球狀分布在晶內，可以有效地釘扎住晶界以及晶內位錯運動，成為阻礙位錯運動和晶粒變形的重要阻礙，保持了高溫下材料內部有較高密度的位錯，提高了高溫下合金的強度；7)添加稀土元素鈰，合金擠壓態下室溫平均抗拉強度360MPa，屈服強度245MPa，斷后延伸率7％；150℃時平均抗拉強度250MPa，斷后延伸率大于11％。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步描述。
實施例1將鎂錠1116kg、鋅錠54kg預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中，加RJ-2底熔劑18kg熔化，過程中撒入RJ-4覆蓋劑3.6kg以防止燃燒，鎂液最終溫度控制在670℃，時間控制在4h；熔化結束后，升溫至780℃，分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀0.75kg和預熱至300℃稀土元素鈰30kg，撈底攪拌3min，使合金均勻化；將合金液溫度調整至750℃，吹氬氣，同時加入RJ-6精煉劑18kg精煉6min；精煉結束后，將合金液升溫至780℃靜置10min；最后降至690℃溫度條件下，并在SF6保護氣氛下進行澆注。這樣制得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Zn4.5％、Ce2.5％、Ti0.01％、Si≤0.08％、Fe≤0.01％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％、其他雜質元素≤0.05％，余量為Mg。其擠壓態下室溫平均抗拉強度350MPa，屈服強度235MPa，斷后延伸率6.5％；150℃時平均抗拉強度240MPa，斷后延伸率大于11％。
由于在鎂液進行撈底及靜置沉降的過程中，可能有部分原料被清除，加上高溫氧化的原因，制成的成品率在95～96％之間。因此在取樣分析時有可能出現某種成分不符合合金預定的配制要求，這時應根據預定的配方，相應加入某些原料再次熔煉，直至取樣分析合格為止。對于以下的實施例均有上述的要求。
實施例2將鎂錠1121kg、鋅錠60kg預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中，加RJ-2底熔劑24kg熔化，過程中撒入RJ-5覆蓋劑4.8kg以防止燃燒，鎂液最終溫度控制在680℃，時間控制在5h；熔化結束后，升溫至795℃，分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀7.5kg和預熱至300℃稀土元素鈰18kg，撈底攪拌4min，使合金均勻化；將合金液溫度調整至755℃，吹氬氣，同時加入RJ-5精煉劑24kg精煉8min；精煉結束后，將合金液升溫至795℃靜置15min；最后降至700℃溫度條件下，并在SO2保護氣氛下進行澆注。這樣制得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Zn5.0％、Ce1.5％、Ti0.10％、Si≤0.08％、Fe≤0.01％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％、其他雜質元素≤0.05％，余量為Mg。其擠壓態下室溫平均抗拉強度360MPa，屈服強度245MPa，斷后延伸率7.0％；150℃時平均抗拉強度250MPa，斷后延伸率大于11％。
實施例3將鎂錠1125.5kg、鋅錠66kg預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中，加RJ-2底熔劑30kg熔化，過程撒入RJ-6覆蓋劑6.0kg以防止燃燒，鎂液最終溫度控制在690℃，時間控制在6h；熔化結束后，升溫至810℃，分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀15kg和預熱至300℃稀土元素鈰6kg，撈底攪拌5min，使合金均勻化；將合金液溫度調整至760℃，吹氬氣，同時加入RJ-4精煉劑30kg精煉10min；精煉結束后，將合金液升溫至810℃靜置20min；最后降至710℃溫度條件下，并在CO2保護氣氛下進行澆注。這樣制得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Zn5.5％、Ce0.5％、Ti0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.01％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％、其他雜質元素≤0.05％，余量為Mg。其擠壓態下室溫平均抗拉強度370MPa，屈服強度255MPa，斷后延伸率7.5％；150℃時平均抗拉強度260MPa，斷后延伸率大于11％。
權利要求
1.一種高強度高塑性變形鎂合金，其特征在于組分的重量百分比為Zn4.5～5.5％、Ce0.5～2.5％、Ti0.01～0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.01％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％、其他雜質元素≤0.05％，余量為Mg。
2.權利要求1所述高強度高塑性變形鎂合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將工業鎂錠、鋅錠預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中加底熔劑熔化，底熔劑的用量占爐料質量的1.5～2.5％，同時撒入覆蓋劑，覆蓋劑的用量占爐料質量的0.3～0.5％，整個熔化過程時間控制在2～6h，且鎂液最終溫度控制在670～690℃；2)熔化結束后，升溫至780～810℃，分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀和稀土元素鈰，全部熔化后，撈底攪拌3～5min，使合金均勻化，其中稀土元素鈰預熱至300～400℃；3)將合金液溫度調整至750～760℃吹氬氣精煉6～10min，同時加入精煉劑，精煉劑的用量占爐料質量的1.5～2.5％；4)將合金液升溫至780～810℃靜置10～20min；5)降至690～710℃溫度條件下，并在保護氣氛下進行澆注。
全文摘要
一種高強度高塑性變形鎂合金及其制備方法，其組分的重量百分比為Zn4.5～5.5％、Ce0.5～2.5％、Ti0.01～0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.01％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％、其他雜質元素≤0.05％，余量為Mg。本發明主要是在鎂－鋅－鋯合金基礎上通過加入稀土元素鈰和用金屬鈦替代金屬鋯，使合金晶粒明顯細化，同時與鎂形成彌散強化相，從而有效的改善其綜合性能，且該合金擠壓制品的表面質量相比ZK系列變形鎂合金有明顯改善。該合金在擠壓態下室溫平均抗拉強度360MPa，屈服強度245MPa，斷后延伸率7％；150℃時平均抗拉強度250MPa，斷后延伸率大于11％。
文檔編號B22D21/04GK101050500SQ20071002221
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月9日 優先權日2007年5月9日
發明者陶衛建 申請人:南京云海特種金屬股份有限公司